SSD (Solid-State Drive)

Материал из Национальной библиотеки им. Н. Э. Баумана
Последнее изменение этой страницы: 14:09, 23 января 2019.
SSD
1op.jpg
Date invented 1978 год
Invented by Solid-State Drive
Manufacturer Storage Technology Corporation
Discontinued В зависимости от конкретной модели (в среднем от 1500 до 7000 рублей)
Type Запоминающее устройство
Processor В зависимости от конкретной модели
Memory В зависимости от конкретной модели

Твердотельный накопитель (англ. solid-state drive, SSD) — компьютерное немеханическое запоминающее устройство на основе микросхем памяти, которое пришло на смену HDD. Кроме них, SSD содержит управляющий контроллер. SSD-накопители могут использовать традиционный жесткий диск (HDD) форм-факторов и протоколы, такие как SATA и SAS диски, что значительно упрощает использование SSD-накопителей в компьютерах [Источник 1]. SSD не имеют движущихся механических компонентов. Это отличает их от обычных электромеханических накопителей, таких как жесткие диски (HDD) или дискеты, содержащие вращающиеся диски и подвижные головки чтения/записи. SSD обычно более устойчивы к физическим воздействиям.

Современные SSD — это отличный вариант на замену традиционным вращающимся жестким дискам, которые в свою очередь являются основным средством хранения информации последние 50-60 лет. Данный диск, SSD, оказался не таким уж и перспективным, когда дело доходит до конкуренции скорости работы между ним и компьютерным процессором. Он все еще остается позади, когда речь заходит о предоставлении ограниченной задержки для доступа к данным.

С другой стороны, SSD предпринял значительную попытку конкурировать с той небольшой задержкой, которой обладают различные процессоры, однако он все еще отстает от них. Тем не менее, твердотельные накопители являются преимуществом, если сравнивать их с жесткими дисками. Обычные HDD — это вращающиеся магнитные диски, используемые для хранения данных, таких как файлы операционной системы, музыка, фильмы, игры и многого другого. Жесткий диск — дешевый вариант хранилища информации и основным его недостатком является то, что он медлителен.

История развития

Первым SSD-накопителем можно считать устройство хранения информации, созданное американскими инженерами из компании StorageTek в 1978 году. Оно было выполнено на полупроводниковых ОЗУ (RAM) микросхемах памяти, которые использовались в первых полупроводниковых компьютерах. Накопитель лишь поверхностно напоминал современные твердотельные диски, а его технические характеристики даже в то время не были большим достижением. Тем не менее, именно StorageTek открыла миру новый тип накопителя, и именно с этой модели началось их развитие.

Более совершенный SSD-диск был создан лишь спустя 4 года. Его производителем стала известная в то время компания Cray, специализирующаяся на производстве суперкомпьютеров для военных и промышленности. В производство было запущено сразу 2 модели: Cray1 и Cray2, отличавшихся скоростью передачи данных – 100 Мб/сек и 320 Мб/сек соответственно. Их емкость в 8, 16 и 32 разрядных слов покажется смешной современному пользователю ПК, но на то время (1982 год) это было не абы какое достижение инженерной мысли.
В 1995 году, спустя почти 13 лет свою лепту в историю развития твердотельного диска внесла военная промышленность в лице израильской компании M-Systems. Полупроводниковый накопитель, использующий flash-память, изначально предназначался исключительно для обеспечения нужд военных и мог работать даже при экстремальных температурах, сильных вибрациях и перегрузках, при которых обычная техника ломалась уже через пару минут.

В 2007 году, спустя почти 12 лет, известный производитель компьютеров и комплектующих компания Asus выпустила нэтбук с твердотельным накопителем емкостью 4 Гб. Еще через год в 2008 году южнокорейская компания Mtron Storage Technology представила миру действительно стоящую замену, популярным тогда, как собственно и сейчас, традиционным жестким дискам. Новый накопитель имел объем 128 Гб и мог считывать и записывать информацию со скоростью 260 и 240 Мб/сек. Спустя еще год в продаже начали появляться целые линейки твердотельных дисков емкостью от 128 до 512 Гб. Первый SSD-накопитель, перешагнувший порог в 1 Тб появился в конце того же 2009 года благодаря компании OCZ Technology.[Источник 2].

Архитектура и функции

Ключевыми компонентами SSD-накопителей являются контроллер и память для хранения данных. Изначально, основным компонентом памяти в SSD была микросхем энергозависимой памяти (DRAM), но с 2009 года в основном используется флэш - энергонезависимая память (NAND).[Источник 3].

Контроллер

Каждый SSD включает в себя контроллер, который имеет электронику, соединяющую компоненты памяти NAND с главным компьютером. Контроллер является встроенным процессором, который выполняет код на уровне микропрограммы и является одним из наиболее важных факторов производительности SSD. Ниже представлены некоторые функции, выполняемые контроллером:

  • Плохое отображение блоков
  • Кэширование чтения и записи
  • Шифрование
  • Обнаружение и исправление ошибок с помощью кода коррекции ошибок (ЕСС)
  • Сборка мусора
  • Читать драить и читать мешают управлению
  • Выравнивание износа

Отвечает за то как данные хранятся во флеш-памяти. Он разработан для разных задач и может быть разделен на две группы:

  • Для сред с небольшим рабочим циклом (флеш-накопители, SD-карты, камеры и т.д.),

в которых непрерывное чтение или записи информации не требуется.

  • Большой рабочий цикл, требующий непрерывных операций чтения или записи в памяти диска.

Flash-контроллер выступает в роли посредника между носителем и компьютером. Это встроенные процессор, отвечающий за производительность SSD. Каждый раз, когда компьютер хочет получить доступ к флеш—памяти для выполнения операции чтения или записи, контроллер начинает выполнение своих задач. Одной из задач контроллера является управление ячейками флеш-памяти. Эффективная обработка ячеек крайне необходима, поскольку SSD поддерживают огромное количество циклов чтения и записи (около 10.000). Было бы очень разумно создать что-то, что гарантировало бы равномерное(одинаковое) использование всех ячеек, что позволило бы продлить срок службы флеш-носителя. В противном случае некоторые ячейки станут неработоспособными, а другие и вовсе не были бы использованы на протяжении всей службы диска. Изготовители используют метод, известный как износ, чтобы удостовериться в равномерной деградации носителя, программируя контроллер так, чтобы тот равномерно использовал все свои имеющиеся ресурсы. Другая, назначенная контроллеру, задача — сбор и утилизация мусора. В этом процессе, когда операция записи завершена для каждого блока памяти, контроллер проверяет блоки для страниц, которые в дальнейшем потребуются компьютеру для работы. Далее он копирует эти страницы в новый блок, заполняет его новыми данными и удаляет существующий (известный как блок Stale). Еще одна из функций контроллера — управление критическими операциями, такими как ввод кода исправления ошибок (ЕСС), который является битовой последовательностью сохраненных данных и способствует восстановлению информации в случае повреждения. Полезной функцией окажется то, что контроллер способен отображать битые сектора во флеш-памяти, вызванные соответствующим повреждением SSD. Это могут быть как логические ошибки в секторах, которые можно восстановить, так и физические повреждения диска, представляющие собой полностью сломанные элементы памяти, исправить которые невозможно. Контроллер использует ЕСС для выполнения операции Scrubbing (очистка) памяти, которая включает в себя сканирование и восстановление поврежденных данных в разных участках ресурсов накопителя. Восстановление SSD — сложна задача, если сравнивать ее с HDD, но и это не окажется преградой, если вы владеете необходимыми для этого знаниями. [Источник 4].

Выравнивание износа SSD

Если конкретный блок был запрограммирован и стерт несколько раз без записи в другие блоки, этот блок будет изнашиваться раньше всех других блоков - тем самым, преждевременно прекращая срок службы SSD. По этой причине контроллеры SSD используют метод, называемый выравниванием износа, чтобы распределить записи как можно более равномерно по всем блокам флэш-памяти SSD.

В идеальном случае, это позволит записывать каждый блок в его максимальной "жизни", отдельно от других. К сожалению, процесс равномерного распределения операций записи требует, чтобы данные, ранее записанные и не изменяющиеся (холодные данные), были перемещены, чтобы данные, которые изменяются чаще (горячие данные), могли быть записаны в эти блоки. Каждый раз, когда данные перемещаются без изменения хост-системой, это увеличивает усиление записи и, таким образом, уменьшает срок службы флэш-памяти. Суть в том, чтобы найти оптимальный алгоритм, который максимизирует оба случая. [Источник 5].

Память

Объем SSD накопителей

Этот параметр индивидуальный и зависит от ваших потребностей. Вы сами должны понимать для чего вы покупаете SSD диск и что будете делать на компьютере. Варианты объема ССД накопителя:

  • 60 - 64 Гб – если вы хотите ускорить загрузку Windows, работу в офисных программах и улучшить отклик системы в решении ежедневных задач;
  • 120 - 128 Гб – для ускорения процесса монтажа видео, работы в графических редакторах;
  • 240 - 256 Гб – отлично подойдет для установки на геймерские компьютеры с современными играми.

Среди популярных производителей SSD накопителей можно отметить Intel, Kingston, Samsung, Sand Force, Marvel и другие. Предпочтительно покупать SSD диск с запасом емкости, а не впритык. Зачастую покупателям не хватает выбранного объема, поэтому лучше берите с запасом. Использовать SSD диск для обычного хранения данных несообразно, для этого лучше купить HDD-диск на 1-4 Тб.

Флэш-память

Сравнение архитектур
Сравнительная характеристика MLC : SLC NAND : NOR
Коэффициент стойкости 1 : 10 1 : 10
Соотношение последовательной записи 1 : 3 1 : 4
Соотношение последовательного чтения 1 : 1 1 : 5
Соотношение цен 1 : 1.3 1 : 0.7

Большинство производителей SSD накопителей используют энергонезависимую флэш-память NAND при построении своих твердотельных накопителей из-за более низкой стоимости по сравнению с DRAM и способности сохранять данные без постоянного источника питания, обеспечивая сохранность данных за счет внезапных отключений питания. SSD накопители с флэш-памятью работают медленнее, чем решения DRAM, а некоторые ранние разработки были еще медленнее, чем жесткие диски HDD после продолжительного использования. Эта проблема была решена контроллерами, которые вышли в 2009 году.

SSD накопители на основе флэш-памяти обычно упаковываются в стандартные форм-факторы дисковода (1,8, 2,5 и 3,5 дюйма), но также и в более компактные форм-факторы меньшего размера, такие как форм-фактор M.2, что стало возможным благодаря небольшому размеру флэш-памяти.

Более дешевые накопители обычно используют трехуровневую (TLC) или многоуровневую (MLC) флэш-память, которые медленнее и менее надежны, чем одноуровневая (SLC) флэш-память. Но, это может быть смягчено или даже отменено внутренней структурой дизайна SSD, такой как чередование, изменениями в алгоритмах записи, и более высокой избыточной инициализацией, с которой могут работать алгоритмы выравнивания износа. [Источник 6].

DRAM-память

Твердотельные накопители на основе энергонезависимой памяти, такие как DRAM, характеризуются очень быстрым доступом к данным, как правило, менее 10 микросекунд, и используются в основном для ускорения приложений, которые в противном случае были бы сдержаны задержкой флэш-накопителей или традиционных жестких дисков.

Твердотельные накопители на основе DRAM обычно включают либо внутреннюю батарею, либо внешний адаптер переменного/постоянного тока, а также резервные системы хранения для обеспечения сохраняемости данных при отсутствии питания от внешних источников. Если питание потеряно, аккумулятор обеспечивает питание, в то время как вся информация копируется из оперативной памяти (ОЗУ) в резервную память. Когда питание восстановлено, информация копируется обратно в оперативную память из резервного хранилища, и SSD возобновляет нормальную работу (аналогично функции гибернации, используемой в современных операционных системах).

Твердотельные накопители этого типа обычно оснащаются модулями DRAM того же типа, что и обычные ПК и серверы, которые могут быть заменены более крупными модулями.Некоторые производители твердотельных накопителей, например ZeusRAM, Aeon Drive и др., припаивают микросхемы DRAM непосредственно к приводу и не предполагают замены микросхем.[Источник 7].

Другое

Некоторые твердотельные накопители, такие как, NVDIMM или Hyper DIMM, используют как DRAM, так и флэш-память. Когда мощность работы снижается, SSD-диск копирует все данные из памяти DRAM во флэш-память; когда мощность возвращается, SSD-диск копирует все данные из флэш-памяти в DRAM. В чем-то похожим образом, некоторые твердотельные накопители используют форм-факторы и шины, фактически предназначенные для модулей DIMM, используя только флэш-память и делая ее похожей на DRAM. Диски, известные как гибридные диски или твердотельные гибридные диски (sshd), используют гибрид вращающихся дисков и флэш-памяти. некоторые твердотельные накопители используют магниторезистивную оперативную память (MRAM) для хранения данных.

Кэш или буфер

Небольшое количество энергозависимой памяти DRAM функционирует как кэш для хранения данных о стабилизации износа носителя и для поддержания каталога размещенных блоков. Это существенно улучшает производительность SSD и в то же время увеличивает потребление энергии.

Аккумулятор или суперконденсатор

Другим компонентом высокопроизводительных твердотельных накопителей является конденсатор или аккумулятор, которые необходимы для поддержания целостности данных, чтобы данные в кэше могли быть сброшены на диск при потере питания; некоторые могут даже удерживать питание настолько долго, чтобы поддерживать данные в кэше до возобновления питания.В случае флэш-памяти MLC может возникнуть проблема, называемая повреждением нижней страницы, когда флэш-память MLC теряет мощность при программировании верхней страницы. В результате данные, записанные ранее и предположительно безопасные, могут быть повреждены, если память не поддерживается суперконденсатором в случае внезапного отключения питания. Эта проблема нет у накопителей с флэш-памятью SLC.

Хост-интерфейс

Хост-интерфейс это физический разъем с сигнализацией управления контроллером диска. Чаще всего это один из интерфейсов жестких дисков. Он включают:

  • Последовательный SCSI (SAS-3, 12.0 Гбит/ с) - обычно находится на серверах
  • Вариант Serial ATA и mSATA (SATA 3.0, 6.0 Гбит/с)
  • PCI Express (PCIe 3.0 ×4, 31.5 Гбит/с)
  • М.2 (6.0 Гбит/с для SATA 3.0 логического устройства интерфейса, 31.5 Гбит/с для шины PCIe 3.0 ×4)
  • U. 2 (С Интерфейсом PCIe ×3.0 4)
  • Fibre Channel (128 Гбит / с) - почти исключительно на серверах
  • USB (10 Гбит/с)
  • Параллельный ATA (UDMA, 1064 Мбит / с) - в основном заменен SATA
  • (Параллельно) SCSI (40 Мбит / с-2560 Мбит/ с) - обычно встречается на серверах, замененных SAS; последний SSD на основе SCSI был представлен в 2004 году

SSD поддерживают различные логические интерфейсы устройств, такие как оригинальный ATAPI, расширенный интерфейс хост-контроллера (AHCI), NVM Express (NVMe) и другие проприетарные интерфейсы. Интерфейсы логических устройств определяют наборы команд, используемые операционными системами для взаимодействия с твердотельными накопителями и адаптерами шины хоста.

Типы памяти и ресурс SSD

SLC (одноуровневая ячейка) – принцип работы построен на одной ячейке, которая включена или отключена. Этот тип памяти долговечный и позволяет быстро записывать и считывать информацию. Преимущества SLC памяти:

  • поддерживает много перезаписей (около 100 000 раз);
  • высокая скорость;
  • надежность;
  • не боится высоких температур.

Главным недостатком такого типа памяти является высокая стоимость и недоступность для обычного пользователя.
MLC (многоуровневая ячейка) – поддерживает три-пять тысяч перезаписей, отличается высокой долговечностью, доступной ценой и высокой скоростью, за счет чего этот тип памяти и наиболее популярен. Подойдет для тех, кому нужна высокая производительность для игр или других задач. В целом вы получаете большой объем памяти за доступную цену с рядом преимуществ:

  • доступная стоимость;
  • можно найти в каждом компьютерном магазине;
  • широкий ассортимент, надежнее чем TLC-память.

Единственный минус – менее надежна чем SLC-память.
TLC (трехуровневая ячейка) – поддерживает около от трех до пяти тысяч циклов и зачастую используется в бюджетных SSD накопителях, поскольку обладает невысокой скоростью. Данный тип памяти не используется в коммерческих или промышленных целях, а предназначен исключительно для потребителей. Хороший вариант для тех, кто не рассчитывает на дорогостоящую покупку. Преимущества TLC:

  • самый дешевый тип памяти;
  • в десять раз быстрее HDD-диска.

К минусам относится низкая скорость в сравнении с MLC и SLC. TLC быстро изнашивается, но если у вас дома старый компьютер или ноутбук, то вполне подойдет.</br V- или 3D-NAND – суперскоростной тип памяти от Samsung, который имеет много циклов перезаписи и устанавливается в премиальные модели компании. Это особый тип, где ячейки располагаются вертикально, а не горизонтально. Главное преимущество – просто огромный объем памяти. Так, в компании Самсунг смогли выпустить SSD накопитель объемом 4 Тб.

Стандартные форм-факторы HDD

Преимущество использования текущего форм-фактора жесткого диска заключается в использовании уже имеющейся обширной инфраструктуры для монтирования и подключения дисков к хост-системе. Эти традиционные форм-факторы известны размером вращающихся носителей, например, 5,25 дюйма, 3,5 дюйма, 2,5 дюйма, 1,8 дюйма, а не размерами корпуса привода.

Сравнение с другими технологиями

Сравнение с HDD

Рисунок 1 - SSD, показывающий скорость чтения около 230 МБ/с (синий), скорость записи 210 МБ/с (красный) и время поиска около 0,1 мс (зеленый), независимо от местоположения доступного диска.

Трудно провести сравнение между твердотельными накопителями и обычными (вращающимися) жесткими дисками. Традиционные критерии SSD, как правило, ориентированы на работу только с жесткими дисками, такие как задержки вращения и время поиска. Поскольку твердотельные накопители не должны вращаться или искать данные, они могут оказаться значительно лучше жестких дисков в таких тестах. Однако SSD имеют проблемы со смешанными операциями чтения и записи, и их производительность может со временем снизиться. Тестирование SSD должно начинаться с (используемого) полного диска, так как новый и пустой (свежий, готовый) диск может иметь гораздо лучшую производительность записи, чем это было бы показано после нескольких недель использования. Большинство преимуществ твердотельных накопителей по сравнению с традиционными жесткими дисками связано с их способностью получать доступ к данным полностью электронным способом, а не электромеханическим, что приводит к превосходным скоростям передачи и механической прочности. С другой стороны, жесткие диски предлагают значительно большую емкость за свою цену. Частота отказов на местах показывает, что твердотельные накопители значительно надежнее жестких дисков, однако SSD накопители обладают уникальной чувствительностью к внезапному отключению питания, что приводит к прерыванию записи или даже полной потере накопителя. Надежность как жестких дисков, так и твердотельных накопителей сильно варьируется в зависимости от модели. Как и в случае с жесткими дисками, существует компромисс между стоимостью и производительностью различных твердотельных накопителей. Одноуровневые твердотельные накопители (SLC), хотя и значительно дороже многоуровневых твердотельных накопителей (MLC), обеспечивают значительное преимущество в скорости. В то же время твердотельные накопители на основе DRAM в настоящее время считаются самыми быстрыми и дорогостоящими, при этом среднее время отклика составляет 10 микросекунд, а не 100 микросекунд, как у других SSD накопителей. Корпоративные флэш-устройства (EFDs) предназначены для обработки требований приложений уровня 1 с производительностью и временем отклика, аналогичными менее дорогим твердотельным накопителям. В традиционных жестких дисках перезаписанный файл обычно занимает то же место на поверхности диска, что и исходный файл, тогда как в твердотельных накопителях новая копия часто записывается в разные ячейки NAND с целью выравнивания износа. Алгоритмы выравнивания износа сложны и их трудно проверить; одной из основных причин потери данных в твердотельных накопителях является микропрограммные ошибки.[Источник 8].

Сравнение с картами памяти

И карты памяти, и большинство твердотельных накопителей используют флэш-память, они служат очень разным рынкам и целям. Каждый из них имеет ряд различных атрибутов, которые оптимизированы и скорректированы, чтобы наилучшим образом удовлетворить потребности конкретных пользователей. Некоторые из этих характеристик включают:

  • расход энергии,
  • представление,
  • размер,
  • надежность.

SSD изначально были разработаны для использования в компьютерной системе. Первые блоки были предназначены для замены или дополнения жестких дисков, поэтому операционная система распознала их как жесткий диск. Первоначально твердотельные накопители были даже сформированы и смонтированы в компьютере как жесткие диски. Позже твердотельные накопители стали меньше и компактнее, в конечном итоге развивая свои собственные уникальные форм-факторы, такие как форм-фактор M.2. SSD был конструирован для постоянной установки внутри компьютера. В отличие от SSD, карты памяти (такие как Secure Digital (SD), CompactFlash (CF) и многие другие) изначально были предназначены для цифровых камер, а затем нашли свое применение в сотовых телефонах, игровых устройствах, GPS-устройствах и т. д. Большинство карт памяти физически меньше SSD и предназначены для многократной установки и удаления. Есть адаптеры, которые позволяют некоторым картам памяти взаимодействовать с компьютером, позволяя использовать их в качестве SSD, но они не предназначены для основного устройства хранения данных в компьютере. Типичный интерфейс карты CompactFlash в три-четыре раза медленнее, чем SSD. Поскольку карты памяти не рассчитаны на то, чтобы выдерживать объем чтения и записи, который происходит во время обычного использования компьютера, их данные могут быть повреждены, если не будут приняты специальные процедуры для уменьшения износа карты до минимума.

Сбои в SSD

SSD имеют очень разные режимы отказа, по сравнению с традиционными магнитными жесткими дисками. Из-за их конструкции, некоторые виды отказа неприменимы (моторы или магнитные головки не могут потерпеть неудачу, потому что они не необходимы в SSD). Вместо этого возможны другие виды сбоев (например, неполные или неудачные записи из-за внезапного сбоя питания, и если чип выходит из строя, все данные на нем теряются- этот сценарий, неприменимый к магнитным дискам). Однако в целом статистика показывает, что твердотельные накопители, как правило, отличаются высокой надежностью и зачастую продолжают работать намного дольше ожидаемого срока службы, указанного производителем.

Восстановление данных и безопасное удаление

Твердотельные накопители поставили новые задачи перед компаниями по восстановлению данных, так как способ хранения данных нелинейный и гораздо более сложный, чем у жестких дисков. Стратегия привода работает внутренне, и команда уравновешивания вычеркивает весь ряд уничтоженного архива. Выравнивание износа также означает, что физический адрес данных и адрес операционной системы различаются. Что касается безопасного удаления данных, может быть использована команда ATA Secure Erase. Для этого можно использовать такие программы, как hdparm.

Преимущества

  • Отсутствие движущихся частей, отсюда:
    • полное отсутствие шума;
    • высокая механическая стойкость (кратковременно выдерживают порядка 1500 g);
    • стабильность времени считывания файлов вне зависимости от их расположения или фрагментации;
    • скорость чтения/записи выше, чем у распространённых жёстких дисков, и в ряде операций может быть близка к пропускной способности интерфейсов (SAS/SATA II 300 МБ/с, SAS/SATA III 600 МБ/с). Твердотельные накопители могут реализовываться с более быстрыми интерфейсами: SATA III, PCI Express, NGFF (M.2, в вариантах с PCIe), SATA Express, NVM Express (стандарт на подключение SSD по шинам PCI Express), U.2.
  • количество произвольных операций ввода-вывода в секунду (IOPS) у SSD на порядок выше, чем у жёстких дисков, за счёт возможности одновременного запуска множества операций и более низкой латентности каждой операции (нет необходимости ожидать оборота диска перед доступом);
  • низкое энергопотребление;
  • намного меньшая чувствительность к внешним электромагнитным полям;
  • малые габариты и вес. Для твердотельных накопителей были разработаны более компактные типовые размеры, например mSATA, NGFF (M.2).

Недостатки

Главный недостаток NAND SSD — ограниченное количество циклов перезаписи. Обычная (MLC, Multi-level cell, многоуровневые ячейки памяти) флеш-память позволяет записывать данные примерно 3000–10 000 раз (гарантированный ресурс); в самых дешёвых накопителях (USB, SD, uSD) может использоваться ещё более плотная память типа TLC (MLC-3) с ресурсом порядка единиц тысяч циклов или менее. Самые дорогостоящие виды памяти (SLC, Single-level cell, одноуровневые ячейки памяти) — имеют порядка сотен тысяч циклов перезаписи. Для борьбы с неравномерным износом в высокопроизводительных (SATA и PCIe) SSD применяются схемы балансирования нагрузки: контроллер хранит информацию о том, сколько раз какие блоки перезаписывались, и при необходимости производит запись в менее изношенные блоки. При выработке реального ресурса банков памяти накопитель может перейти в режим «только для чтения», что позволит скопировать данные. Данный недостаток отсутствует у RAM SSD, а также у нескольких перспективных технологий, которые к концу 2010-х могут заменить флеш-память, например FRAM, где ресурс может составлять десятки лет в режиме непрерывной перезаписи.[Источник 9]. При ряде вариантов использования, в том числе в бытовых компьютерах, при корректно работающих алгоритмах выравнивания износа, ресурса накопителей обычно достаточно на многие[сколько?] годы, то есть срок службы превышает сроки морального устаревания;

цена гигабайта SSD-накопителей, несмотря на продолжающееся на протяжении многих лет быстрое снижение, всё ещё в несколько раз (6–7 для наиболее дешёвой флеш-памяти) выше цены гигабайта HDD (в 2012–2015 годах: менее 0,1 $ за ГБ в HDD[какой?] , от 1 до 0,5–0,4 доллара за ГБ в SSD). Уравнивание стоимости за единицу объёма SSD и HDD прогнозируется приблизительно к 2019 году, к тому же стоимость SSD практически прямо пропорциональна их ёмкости, в то время как стоимость традиционных жёстких дисков зависит не только от количества пластин и медленнее растёт при увеличении объёма накопителя. В то же время небольшие по объёму SSD могут быть заметно дешевле, чем жёсткие диски наименьших объёмов, в которых всегда требуется использовать точные механические системы. Это позволяет удешевлять массовые ПК, дешёвые ноутбуки и встраиваемые системы;

Модели накопителей минимального объёма обычно имеют немного более низкую производительность в ряде операций за счёт меньшего параллелизма;

производительность накопителя зачастую может временно снижаться при записи больших объёмов данных (и исчерпании быстрого буфера записи, например участка памяти, работающего в режиме псевдо-SLC), в процессе работы «сборщика мусора» или при обращении к более медленным страницам памяти;

Применение в SSD-накопителях аппаратной команды TRIM для пометки удалённой информации может сильно осложнить или сделать невозможным восстановление удалённой информации соответствующими утилитами. С другой стороны, из-за выравнивания износа нет способа гарантированно удалять отдельные файлы с SSD: возможен лишь полный сброс всего накопителя при помощи команды «ATA Secure Erase». Команда TRIM помечает блоки как свободные, а решение о моменте физического стирания информации определяется прошивкой устройства;
Возможен выход из строя электронных устройств, в том числе контроллера или отдельных микросхем NAND-памяти либо пассивных компонентов. Среди некоторых моделей выходят из строя до 0,5–2 % SSD накопителей в течение первых лет эксплуатации. Как и в случае HDD, выход из строя является внезапным;

высокая сложность или невозможность восстановления информации после электрических повреждений. Так как контроллер и носители информации в SSD находятся на одной плате, то при превышении или значительном перепаде напряжения могут повредиться несколько микросхем, что приводит к безвозвратной потере информации. Вероятность восстановления данных существует, если повреждён лишь контроллер. В жёстких дисках восстановление информации с приемлемой трудоёмкостью также возможно только при выходе из строя платы контроллера, при сохранении целостности пластин, механики и считывающего оборудования;

Низкая реальная помехозащищённость операций чтения из ячеек памяти и наличие сбойных ячеек, особенно при изготовлении по самым современным («тонким») техпроцессам, приводит к необходимости использования в контроллерах современных моделей всё более сложных внутренних кодов исправления ошибок: ECC, Reed-Solomon, LDPС. В ряде дешёвых SSD внутренние ошибки кодов коррекции могут приводить к значительному увеличению латентности отдельных операций.

Поддержка в различных ОС

Microsoft Windows и твердотельные накопители

В ОС Windows 7 была введена специальная оптимизация для работы с твердотельными накопителями. При наличии SSD-накопителей эта операционная система работает с ними иначе, чем с обычными HDD-дисками. Например, Windows 7 не применяет к SSD-накопителю дефрагментацию, технологии SuperFetch и ReadyBoost и другие техники упреждающего чтения, ускоряющие загрузку приложений с обычных HDD-дисков. Предыдущие версии Microsoft Windows такой специальной оптимизации не имеют и рассчитаны на работу только с обычными жёсткими дисками. Поэтому, например, некоторые файловые операции Windows Vista, не будучи отключёнными, могут уменьшить срок службы SSD-накопителя. Операция дефрагментации должна быть отключена, так как она практически никак не влияет на производительность SSD-носителя и лишь дополнительно изнашивает его.

Mac OS X и компьютеры Macintosh с твердотельными накопителями

Операционная система Mac OS X, начиная с версии 10.7 (Lion), полностью осуществляет TRIM-поддержку для установленной в системе твердотельной памяти. С 2010 года компания Apple представила компьютеры линейки Air, полностью комплектуемые только твердотельной памятью на основе флеш-NAND памяти. До 2010 года покупатель мог выбрать для данного компьютера обычный жёсткий диск в комплектации, но дальнейшее развитие линейки в пользу максимального облегчения и уменьшения корпуса компьютеров данной серии потребовало полного отказа от обычных жёстких дисков в пользу твердотельных накопителей. Объём комплектуемой памяти в компьютерах серии Air составляет от 128 ГБ до 512 ГБ. По данным J. P. Morgan, с момента представления до июня 2011 года было продано 420 тысяч компьютеров этой серии полностью на твердотельной флеш-NAND памяти. 11 июня 2012 года на основе флеш-памяти был представлен обновлённый модельный ряд профессиональных ноутбуков MacBook Pro с дисплеем Retina, в котором опционально можно было установить 768 ГБ флеш-памяти.

GNU/Linux и компьютеры данной платформы с твердотельными накопителями

Операционная система Linux, начиная с версии ядра 2.6.33, полностью осуществляет TRIM-поддержку для установленной в системе твердотельной памяти при указании опции «discard» в настройках монтирования накопителя.

Организация по стандартизации

Организация или комитет Подкомитет Цель
Комитет SFF N/A Работает над отраслевыми стандартами хранения, требующими внимания, когда они не рассматриваются другими комитетами по стандартам
T10 INCITS SCSI
SATA-IO N/A Обеспечивает индустрию с наведением и поддержкой снабжения спецификации SATA
NVMHCI N/A Предоставляет стандартные программные и аппаратные интерфейсы для подсистем энергонезависимой памяти
SSS Nia Способствует росту и успеху твердотельного хранения
JC-64.8 JEDEC Фокусируется на полупроводниковых стандартах и публикациях привода
T11 INCITS FC

Источники

  1. Введение в SSD // WebArchive [2009-2018]. URL: https://web.archive.org/web/20090206043132/http://snia.org/apps/group_public/download.php/35796/SSSI%20Wht%20Paper%20Final.pdf. (дата обращения: 22.12.2018)
  2. История бренда SANDISK // Westerndigital [1991-2018]. URL: https://www.westerndigital.com/company/innovations/history#1995---1991-section. (дата обращения: 22.12.2018).
  3. Стоит ли переходить с жёсткого диска на SSD? // THG [2018-2018]. URL: http://www.thg.ru/storage/stoit_li_perekhodit_s_zhestkogo_diska_na_ssd/print.html (дата обращения: 22.12.2018).
  4. Роль флэш-памяти в SSD // SNIA [2008-2018]. URL:https://www.snia.org/events/storage-developer2008/presentations/keynotes/AndreasBechtolsheim_The_Role_of_Flash_SDC2008.pdf. (дата обращения: 22.12.2018).
  5. Оптимизация Linux с помощью дешевых флэш-накопителей // LWN [2011-2018]. URL:https://lwn.net/Articles/428584/. (дата обращения: 22.12.2018).
  6. Флэш-накопители SSD поступают на предприятие Рэй Луккези // Silvertonconsulting [2008-2018]. URL:http://silvertonconsulting.com/nwsa/SSDf_drives.pdf. (дата обращения: 22.12.2018).
  7. Цены на флэш-SSD и RAM SSD // Storagesearch [2007-2018]. URL:http://www.storagesearch.com/ssd-ram-flash%20pricing.html. (дата обращения: 22.12.2018).
  8. SSD и жесткий диск. Исследование цены и производительности // DELL [2011-2018]. URL:https://www.dell.com/downloads/global/products/pvaul/en/ssd_vs_hdd_price_and_performance_study.pdf (дата обращения: 22.12.2018).
  9. Сравнение MLC и SLC NAND Flash во встроенных системах // Smxrtos [2009-2018]. URL:http://www.smxrtos.com/articles/mlcslc.htm. (дата обращения: 22.12.2018).